基于MPC850的四路MPEG-4視頻監控系統的設計實(shí)現

摘    要：本文介紹了基于PowerPC內核的嵌入式通信控制器芯片MPC850和MPEG-4數字視頻壓縮芯片IME6400，并利用這些芯片設計并實(shí)現了一種新型的MPEG-4數字視頻監控系統。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統；MPC850；IME6400；硬件開(kāi)發(fā)平臺
概述
本文采用MPEG-4編碼芯片IME6400實(shí)現了嵌入式MPEG-4音視頻編碼，并應用于實(shí)際的監控系統。該方案克服了傳統的視頻監控系統的不足，既可以用于本地存儲，還可以通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò )和以太網(wǎng)用于遠程監控。系統的總體設計如圖1所示。

MPEG-4視頻壓縮模塊設計
MPEG-4視頻壓縮模塊設計如圖2所示。下面對設計框圖進(jìn)行詳細說(shuō)明：
1. 四片BT829B完成PAL制式的視頻A/D采樣，四片PCM1801分別完成音頻A/D采樣。
2. IME6400從BT829B接收CCIR-601接口的視頻數據，從PCM1801接收I2S的A/D采樣數據，并對每路音視頻信號進(jìn)行獨立的MPEG-4壓縮編碼。
3. CPU的片選信號控制打開(kāi)哪一個(gè)數據通道。
4. IME6400的HOST接口地址、數據總線(xiàn)經(jīng)驅動(dòng)后和MPC850相連；
5. 音頻的I2S時(shí)鐘由晶體電路產(chǎn)生。
6. 四輸入與門(mén)7421確保當四個(gè)片選有一個(gè)有效時(shí)就打開(kāi)數據通道。

IME6400的設計
IME6400的VIDEO接口支持CCIR-601 16bit接口，最大水平、垂直方向可達2048個(gè)象素。本系統中視頻A/D采樣由BT829B來(lái)完成，VIDEO接口時(shí)鐘由BT829B的CLKX1提供。音頻A/D采樣由PCM1801完成。這是一個(gè)5V供電，可支持多速率16位A/D編碼的音頻采樣芯片。模擬音視頻信號的數據采樣率可以編程設置。
IME6400的外部HOST接口用來(lái)傳輸編碼后的數據流，有四種模式。它們由一個(gè)MODE引腳來(lái)決定。本設計選用的模式為：Synchronous Burst Type1，MODE[1:0] pin = 2’b 01。
HOST接口的時(shí)鐘可以由MCLK或者FRD提供。由USEOCK的值來(lái)決定。本設計中，USEOCK=1，FRD被用作內部的時(shí)鐘源。這個(gè)27MHz的時(shí)鐘源由主控板提供。
如果用內部引導的ROM，IME6400就不需要外部的ROM，但在外部引導模式，它需要一個(gè)ROM接口。外部的ROM最大可達4M。本設計EXTBOOT用跳線(xiàn)控制用外部或是內部的ROM引導。本設計外部ROM選用28C256，為256K、5V供電。MCLK的27MHz時(shí)鐘由主控板提供。
IME6400的I2C接口只支持主模式，不支持從模式。如果用27MHz作為主時(shí)鐘，IME6400支持從41Hz到1.6875MHz的接口速率。
為了壓縮視頻和音頻數據并且存儲編碼流，需要用外部的SDRAM。大小與要壓縮的圖像大小和模式有關(guān)。本設計選用的SDRAM為2MX32。IME6400可以訪(fǎng)問(wèn)的外部SDRAM最大可以到2Gbits。目前設計選用的大小為11行8列地址。
SDRAM的時(shí)鐘是的MCLK時(shí)鐘三倍或者四倍，由DIV34的值決定。本設計中，MCLK時(shí)鐘是27MHz，選三倍MCLK時(shí)鐘，所以SDRAM時(shí)鐘為81MHz。

MPC850通信接口的設計
MPC850(以下簡(jiǎn)稱(chēng)850)通信控制器芯片基于PowerPC內核，以RISC的體系結構為基礎，集成了32位微處理器和多種外設接口，具有強大的通信和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議處理能力。
本系統利用850強大的通信能力，配合適當的接口芯片，實(shí)現了兩個(gè)光口和兩個(gè)以太網(wǎng)口，并且用FPGA實(shí)現了外掛最多四個(gè)硬盤(pán)的能力，如圖3所示。在這個(gè)模塊的設計中，主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
850產(chǎn)生IP178A的復位
IP178A的復位信號由850控制，用引腳850-PD[8]。初始化時(shí)需要復位，復位時(shí)間必須大于1ms；如果需要改變IP178A的配置，做完配置后，也需要復位，同樣復位時(shí)間必須大于1ms。
850改變IP178A配置的控制
改變IP178A的配置通過(guò)燒寫(xiě)93C46后重新復位IP178A完成。93C46的前面有2個(gè)CD4053，用來(lái)選擇是IP178A還是850對93C46進(jìn)行讀寫(xiě)操作，選擇信號由850的850-PD[3](下拉)控制。平時(shí)850-PD[3]輸出高阻或低電平，此時(shí)93C46由IP178A控制。改變IP178A的配置前，在850-PD[3]上輸出高電平，此時(shí)93C46由850控制，做完讀寫(xiě)操作后，850控制850-PD[3]輸出高阻或低電平，93C46交還給IP178A控制。對IP178A進(jìn)行復位后，新配置即生效。
850對93C46進(jìn)行重配置
讀寫(xiě)由可編程引腳850-PD[4：7]實(shí)現。850-PD[4：7]分別對應PD[4]<->EESK、PD[5]<->EEDI、PD[6]<->EECS和PD[7]<->EEDO。
850對IME6400的操作
讀取壓縮數據時(shí)用突發(fā)方式，4個(gè)NFULL[3：0]信號直接輸入到850的4個(gè)IRQ[3：0]；4個(gè)IME 6400的4個(gè)READY[3：0]信號先進(jìn)FPGA，由FPGA產(chǎn)生READY信號給850的TA，可以方便地控制時(shí)序。IME6400對于FIRMWARE的下載有2種方式，通過(guò)引腳P236 (EXTBOOT)上跳線(xiàn)開(kāi)關(guān)可以選擇，高電平H選擇從外部28C256啟動(dòng)，低電平L 選擇從850啟動(dòng)。
850與IP178A的連接
850的以太網(wǎng)口經(jīng)LXT905接以太網(wǎng)交換芯片IP178A的PORT2、兩個(gè)電口(port3、port4)和兩個(gè)光口(port6、port7)。850通過(guò)燒寫(xiě)93C46后重新復位IP178A來(lái)改變IP178A的配置。

系統測試及優(yōu)點(diǎn)
該系統樣機已經(jīng)參加了多次安防產(chǎn)品的競標，和同類(lèi)產(chǎn)品相比，該系統具有更突出的優(yōu)點(diǎn)。
應用硬件芯片做MPEG-4壓縮和嵌入式系統使監控系統性能大大提高，表現在：
1. 錄像和預覽同樣清晰，圖像格式均可以實(shí)現D1，全動(dòng)態(tài)碼率最大控制在200Mb/小時(shí)。
2. 壓縮速度更快，實(shí)時(shí)流播放時(shí)，無(wú)滯后延遲。因為是硬件壓縮，所以速度較軟件壓縮和用DSP方式的系統更快，更符合當前監控市場(chǎng)的要求。
3. 壓縮數據的讀取通過(guò)采用突發(fā)方式，提高了讀取速度，為嵌入式CPU的采用提供了條件。并且使網(wǎng)絡(luò )傳輸更流暢、更穩定。

結語(yǔ)
本文通過(guò)對MPC850和IME6400芯片的分析介紹，針對商業(yè)用途，設計并實(shí)現了一種嵌入式MPEG-4視頻監控系統。本方案適用于光纖、以太網(wǎng)等多種信息網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行視頻監控?！?/p>

參考文獻
1 Y. Pourmohammadi, K. Asrar Haghighi, A. Kaheel, H.M. Alnuweiri, S.T. Vuong; On the Design of a QoS-aware MPEG-4 Multimedia Server , IST2001.
2 R. Talluri, "Error-Resilient Video Coding in the ISO MPEG-4 Standard", IEEE communications   Magazine, Vol. 36 No. 6, June 1998, pp. 112-119.